Промышленное производство кварца [1990 Ахметова Г.Л., Ахметов С.Ф.

Промышленное производство кварца началось в 1958 г. В Северном Эндаворо (штат Массачусетс) был пущен опытный завод, который обеспечивал потребности радиоэлектронной промышленности США. Кристаллы росли в автоклавах емкостью 45 л с температурным перепадом 37 К (рабочая температура не выше 673 К). Скорость разрастания затравок составляла 2,5 мм/сут. В дальнейшем скорость несколько снизили, а емкость автоклавов увеличили до 200 л.

Через некоторое время уже несколько крупных фирм занимались выращиванием кварца. Кристаллы широкого ассортимента синтезировала компания "Термо Дайнемикс". Выращивание вели в 200-литровых автоклавах в щелочной среде. В 1955 г. эксперименты по синтезу кварца начала японская фирма "Тойоком". Через 5 лет здесь был сконструирован автоклав емкостью 500 л, а еще через несколько лет объем автоклавов увеличился втрое. В городах Фукусима и Сагами были построены крупные заводы, оборудованные серийными автоклавами. В 1975 г. фирма "Тойоком" организовала в ФРГ японо-германское коммерческое предприятие по производству синтетического кварца.

Таким образом, дела на Западе обстояли хорошо. А у нас?

После разработки во ВНИИПе лабораторного процесса синтеза кварца можно было приступать к организации опытно-промышленного производства. Задерживало отсутствие емких сосудов. Было принято смелое решение: в качестве автоклавов использовали колонны аммиачного синтеза, рабочий объем которых достигал нескольких кубометров. Именно в них впервые получили сравнительно крупные партии кристаллов в одинаковых условиях. В 1958 г. вступили в строй промышленные автоклавы емкостью 4000 л, способные выдержать рабочую температуру 673 К. Они были детищем конструкторской мысли ученых ВНИИП, который в 1963 г. был преобразован во Всесоюзный научно-исследовательский институт синтеза минерального сырья (ВНИИСИМС). Под этим названием он и поныне функционирует в городе Александрове Владимирской области.

Современные автоклавы представляют собой гигантские цилиндрические сосуды объемом 12000 л. Они работают при температуре до 770 К и давлении до 280 МПа (2800 атм). Вес полученных высококачественных кристаллов кварца измеряется десятками килограммов. За разработку технологий синтеза крупных кристаллов А. А. Штернберг, М. И. Голиков, Л. А. Гордиенко, В. Е. Хаджи, Л. И. Цинобер в 1965 г. стали лауреатами Ленинской премии.

Фото XIV. Монокристаллы искусственного кварца, выращенные во ВНИИСИМСе. Светлые области соответствуют положению затравки. Трещиноватый синий блок побывал в стрессовой ситуации: в автоклаве резко упали давление и температура. Минералогический музей ВНИИСИМСа

В 70-х годах во ВНИИСИМСе интенсивно развивались исследования по получению окрашенных кристаллов кварца и изучению природы окраски. Выращены аметист, дымчатый кварц, морион, цитрин. Эти кристаллы не уступают по качеству и устойчивости окраски лучшим природным образцам. Кроме того, получены окрашенные разновидности кварца, не имеющие природных аналогов. В минералогическом музее ВНИИСИМСа экспонируются зеленые, медово-желтые, коричневые, голубые кристаллы. А рядом лежит большая золотая медаль Лейпцигской ярмарки 1972 г. - знак международного признания работы советских ученых. В ноябре 1979 г. газеты сообщили о новых лауреатах Государственных премий СССР. Среди них были и ученые ВНИИСИМСа: В. Е. Хаджи, Л. И. Цинобер, Ю. А. Белякова, Л. Н. Романов, М. И. Самойлович и другие. Премия была присуждена за разработку и промышленное освоение методов синтеза и облагораживания камнесамоцветного сырья.

Фото XV. Изделия из искусственного кварца, награжденные золотой медалью на Международной ярмарке в Лейпциге. Минералогический музей ВНИИСИМСа

Ныне во ВНИИСИМСе могут вырастить оптический кварц практически любых размеров, необходимых для техники. По своим физическим и оптическим параметрам он не уступает лучшим природным образцам, а по прозрачности в ультрафиолетовой области даже превосходит их. Искусственный оптический кварц применяется в серийных и уникальных приборах, в которых природный кварц не может быть использован. Природное сырье менее прозрачно и менее устойчиво к радиационному воздействию.

До недавнего времени для выплавки кварцевого стекла применялся горный хрусталь, в том числе импортный. Учеными ВНИИСИМСа разработана технология промышленного производства синтетических кристаллов кварца для плавки. Таким образом, проблема обеспечения страны остродефицитным сырьем решена окончательно.

Синтетический аметист, впервые полученный во ВНИИСИМСе, неотличим от природных кристаллов. Более того, ограненные из искусственного аметиста вставки не обесцвечиваются при нагревании и длительном воздействии интенсивного ультрафиолетового излучения (как известно, природный аметист при длительном хранении выцветает). Синтетические аметисты и цитрины ВНИИСИМСа поставляются во многие страны мира и, по отзывам специалистов, не имеют конкурентов.